MatlabSimulink环境下无人机全过程飞行仿真技术研究.pdf

南京航空航天大学

硕士学位论文

Matlab/Simulink环境下无人机全过程飞行仿真技术研究

姓名：王永林

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：黄一敏

20060201
南京航空航天大学硕士学位论文

摘要

随着无人机军事需求的日益增多，无人机飞行控制应用技术的研究显得越
来越重要。飞行控制技术研究的主要手段是仿真和试验，本文配合某型低速无
人机飞行控制系统的研制工作，以Matlab为工具，对无人机飞行控制律和全过程
飞行仿真技术进行了研究。
论文首先给出了无人机全过程飞行仿真的总体结构，研究了实现仿真的技
术现状。利用Stateflow强大的逻辑和图形化编程功能模拟了无人机的飞行管理
器，实现了自主飞行和遥控飞行的功能；利用GUI用户图形界面建立了功能强大
的人机界面，对Simulink中的仿真数据进行显示。
其次，建立了无人机从发射到伞降回收的十二阶S-function非线性飞行动力
学模型，并对其仿真算法进行了分析。研究了无人机纵向和横侧向导航制导律
的工作原理和控制规律，在侧向导航控制中研究了航段转换准则和两种航段转
换方法。研究了风速对无人机的发射稳定性影响，通过风速对无人机导航控制
影响的分析，提出了减小侧风影响的控制策略，并推出一种计算平均水平风速
的方法。
最后，通过Matlab/Simulink实现了无人机全过程飞行的非线性仿真验证，分
析了无人机在全航程飞行过程中的飞行数据/曲线，验证了本文研究内容的正确
性。
关键词：无人机，飞行控制，全航程，数字仿真，风速扰动，Matlab，
Stateflow，GUI

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ABSTRACT

Withtheincreasingdemandofunmannedaerialvehicle(UAV)inmilitary
application,itismoreandmoreimportanttodevelopflightcontrolsystemtechniques
ofUAV.Simulationsarewidelyappliedonpresentresearchesofflightcontrol
systems.UAVflightcontrollawanddigitalSimulationresearchforflightenvelope
withMatlabtoolsisthecenterofthisthesis.
Atfirst,overalldesignforall-course-flihtsimulationisintroduced.Matlab
powercapabilitynowiscompetentforUAVenvelopeflightsimuliation.
Matlab/stateflowhasapowerfunctionoflogicalmanagement.Flightmanage
systemcanbeeditedbystateflowwithcomplexlogicalmanagement.throughthe
systemUAVcanflyindependentlyorflybyremotecontrol.Apowerwindowto
displaythenumberandflightcourseiseditedbyMatlab/GUI,throughthewindow
flightcontrolparametersandflightstatecanbeadjusted.
Infollow,nonlinearsix-degrees-freedomUAVdynamicmodelisbuilt,thatis
baseofflightsimulation.ArithmeticinMatlabsimulationisanalyzed.UAVflight
controllawandnavigationmodearegiven.Someflightcourseswitchrulesare
researched.UAV’slaunchstabilityandflightcourseprecisionareinfluencedby
wind.Throughtheresearchofflightcontrol,somewayarefoundtolowerthewind
influence.AwindcalculationisalsoprovidedwhentheUAVflightsalongthe
straightcourse.
Atlast,SimulationinFlightenvelopewithMatlab/Simulinkisisofferedwith
dataandgraphtoproveth